無重力下で液体はどう動く？　～ロケット開発に生かされる流体力学～

航空宇宙工学の中の流体力学

ロケットや宇宙船、人工衛星、航空機の開発や飛行に関する学問分野を「航空宇宙工学」と言います。そしてこれはさらに、空気抵抗や浮力などを研究する流体力学、機体の構造や設計に関する構造力学、エンジンを研究開発する推進工学、飛行システムや操縦などの開発に関わる制御工学の4つに分かれます。
その中のひとつ、流体力学の流体とは、気体や液体のことで、それがどういう動きをするかを研究する学問が流体力学です。流体力学は、飛行機の誕生とともに飛躍的に進歩しましたが、さらに現代ではロケットや宇宙船開発において、重要な役割を果たしています。

無重力の中で水はどうなる？

宇宙飛行士が無重力状態の宇宙船の中で水をこぼすと、水が球になってふわふわ浮いてくる、という映像をテレビなどで見かけます。浮くのは重力がないからで、丸くなるのは流体力学の作用である表面張力が働くからです。もしこれが宇宙船のエンジンの中だとしたらどうでしょう？　液体燃料を使う宇宙船のエンジン内も無重力なので、同じように燃料が球になって浮いてしまいます。そのままではエンジン内にうまく燃料を送ることができません。
液体には表面をなるべく小さくしようとする特性があり、これが表面張力です。コップに水を注いでいっぱいになると、あふれる直前に表面が盛り上がる現象もその一つです。表面張力によって液面は縮まろうとするため、狭いところに集まる特性があり、これを利用して、宇宙船のエンジン内の燃料の動きを制御する研究が行われています。

宇宙開発を支える流体力学

流体力学の研究はさまざまな分野で行われていますが、航空宇宙工学における無重力下での液体の表面張力の研究は、少し特殊な研究です。しかし、無重力の中で液体がどう動くかを把握し、それをコントロールできることによって、宇宙船のエンジンの技術開発が大きく進むため、宇宙船開発、宇宙開発を支えていく重要な基礎研究なのです。

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

室蘭工業大学理工学部創造工学科教授今井良二先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

流体力学、航空宇宙工学

メッセージ

私は中学生のときに飛行機を間近に見て感動したことがきっかけで、大学ではロケットエンジンの研究を行っている研究室に入りました。子どもの頃から航空分野、宇宙開発分野の仕事をすることを夢見ていたわけですが、夢を実現してからは苦しいことも多いです。
しかし、そのような困難を乗り越えるのに一番重要なのが、子どものときに持った夢でした。それがあるからこそ、困難を乗り越える力になったと感じています。あなたも学校での勉強を夢につなげ、実現できるよう頑張ってください。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？

室蘭工業大学に関心を持ったあなたは

北海道の工業都市で「ものづくりのマチ」である室蘭市に所在する室蘭工業大学は「地域貢献」を大きなキーワードとして掲げ、産業界で活躍しつづける幅広い理工系人材を育てるべく教育改革を行い、工学部から理工学部へと大きく進化しました。ものごとの本質をつかみ、探究心を養うべく理工学教育を全学的に充実させ、更にICTやAIの本質を理解して使いこなし、もの・価値づくりに貢献できる学生を育てる工業大学ならではの情報教育を推進しています。確かな研究力をベースとした教育力をキーワードとしている本学講義を体感ください！